WO2021261075A1 - アンテナ装置、整流回路、電源装置及び電子機器 - Google Patents

アンテナ装置、整流回路、電源装置及び電子機器 Download PDF

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antenna element
rectifier circuit
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功高 吉野
泰平 佐藤
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • H02M7/064—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode with several outputs

Definitions

  • This technology relates to antenna devices, rectifier circuits, power supply devices and electronic devices equipped with energy harvesting functions.
  • Patent Document 1 describes that the energy of radio waves from space is taken in by making the human body function as an antenna or a ground.
  • An input terminal is provided to take in the electromagnetic energy of radio waves that come into contact with the human body and propagate through the air, rectify the power of the AC waveform input from that input terminal, convert it to a DC waveform, and generate power.
  • the method of charging the storage battery is described as.
  • a matching section for impedance matching with the antenna is provided between the input terminal and the rectifier circuit, and is composed of a resistor, a capacitor, an indicator, and the like.
  • Patent Document 1 The problem of Patent Document 1 is that only the electromagnetic energy of radio waves propagating in the air is targeted, and the power that can be received is extremely small by providing a matching portion for impedance matching with an antenna including a human body. It has become. From the experimental results in Patent Document 1, only about 100 ⁇ V of MAX can be obtained in one minute, and the range of application is very limited. This technology is to solve such a problem.
  • the input terminal for contacting the human body and using the human body as an antenna is connected in series without providing a matching circuit because the human body supports a wide range of frequencies in connection with the rectifier circuit in the subsequent stage.
  • the forward current was rectified by a diode with a very small reverse current.
  • the frequency is a quasi-electrostatic electric field (nearby) that is not a radio wave such as 50 / 60Hz leaking from a power source or electric power of several Hz, which is an electric field generated when a very small person walks. It is to make it possible to receive the electric power of the world) efficiently.
  • the quasi-electrostatic field is a voltage phenomenon that does not have the property of propagating like a radiated electromagnetic field, so-called radio wave, but is distributed like electrostatic charge in the vicinity of people, vehicles, and substances.
  • the quasi-electrostatic field has a frequency component and is accompanied by a time change, whereas the static electric field is regarded as zero time change.
  • the purpose of this technology is different from the conventional one that converts the energy of radio waves into electric power by using the human body, and in addition to the radio waves that exist in a wide range, the electric field energy of the quasi-electrostatic field (near field). It is an object of the present invention to provide an antenna device, a rectifying circuit, a power supply device, and an electronic device capable of obtaining a larger received power by incorporating the above.
  • This technology is equipped with a rectifying circuit for receiving the electric field energy of a radio wave or a quasi-electrostatic field in space and rectifying it from an AC signal to a DC. It has an antenna unit composed of a first antenna element, which is a conductor used in contact with the antenna, and a second antenna element, which is a conductor different from the first antenna element and is provided so as not to come into contact with the human body. death, Of the AC signals output from the antenna section, the input line output to the rectifier circuit from the first antenna element used in contact with the human body is an antenna device that is connected in series to the rectifier circuit without a matching circuit. be.
  • FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a receiving device according to the present technology.
  • 2A, 2B and 2C are a plan view and a cross-sectional view of the antenna device included in the receiving device.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an example of an antenna device including an equipment board.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining another example of the antenna device including the equipment board.
  • 5A, 5B and 5C are schematic diagrams showing specific examples of the second antenna element, respectively.
  • 6A and 6B are schematic diagrams for explaining the operation of the antenna device.
  • FIG. 7 is a connection diagram showing the configuration of an example of a rectifier circuit.
  • FIG. 8 is a connection diagram showing the configuration of another example of the rectifier circuit.
  • FIG. 7 is a connection diagram showing the configuration of an example of a rectifier circuit.
  • FIG. 9 is a graph for explaining the characteristics of the diode of the rectifier circuit.
  • FIG. 10 is a block diagram of a modified example of the embodiment.
  • 11A, 11B, and 11C are graphs showing the measurement results of the output of one embodiment.
  • 12A and 12B are graphs showing the measurement results of the output of one embodiment.
  • 13A and 13B are graphs showing the measurement results of the peak gain measurement of one embodiment.
  • 14A and 14B are graphs showing the measurement results of the peak gain measurement of one embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic diagram used for explaining the operation of one embodiment.
  • FIG. 16 is a waveform diagram showing an example of the waveform of the voltage generated by the human body.
  • FIG. 17 is a block diagram of an embodiment of a power supply device according to the present technology.
  • FIG. 18 is a block diagram of another embodiment of the power supply device according to the present technology.
  • FIG. 19 is a flowchart for explaining the operation of the power supply device according to the present technology.
  • 20A and 20B are schematic diagrams showing the configuration of an application example in which the present technology is applied to the operation of a notebook personal computer.
  • FIG. 21 is a graph showing an example of the voltage change obtained by the configuration of FIG. 20.
  • FIG. 22 is a block diagram of still another embodiment of the power supply device according to the present technology.
  • FIG. 23 is a block diagram of still another embodiment of the power supply device according to the present technology.
  • 24A and 24B are block diagrams showing a general configuration for increasing output.
  • FIG. 25 is a block diagram of an example of a configuration in which antenna devices are connected in series.
  • FIG. 25 is a block diagram of an example of a configuration in which antenna devices are connected in series.
  • FIG. 26 is a connection diagram showing an example of the circuit connection of FIG. 25.
  • FIG. 27 is a block diagram of another example of the configuration in which the antenna devices are connected in series.
  • FIG. 28 is a connection diagram showing an example of the circuit connection of FIG. 27.
  • FIG. 29 is a block diagram of an example of a configuration in which antenna devices are connected in parallel.
  • FIG. 30 is a connection diagram showing an example of the circuit connection of FIG. 29.
  • FIG. 31 is a block diagram of another example in which antenna devices are connected in parallel.
  • FIG. 32 is a connection diagram showing an example of the circuit connection of FIG. 31.
  • 33A and 33B are schematic diagrams used for explanation when increasing the number of antennas.
  • 34A and 34B are connection diagrams used for explanation when increasing the number of antennas.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an antenna device having an energy harvesting function according to the present technology.
  • the electric field energy is received by the antenna unit 1a including the first antenna element and the second antenna element, and the output of the antenna unit 1a is supplied to the rectifier circuit 2.
  • the antenna device 1 is configured by the antenna unit 1a and the rectifier circuit 2.
  • the output of the rectifier circuit 2 is supplied to the charger 3.
  • the power storage element 4 is connected to the charger 3.
  • the power storage element 4 is charged by the charger 3.
  • the charger 3 may control the discharge of the power storage element 4.
  • the receiving device is composed of the antenna device 1, the charger 3, and the power storage element 4.
  • the load 5 is connected to the power storage element 4.
  • the load 5 operates by the electric power stored in the power storage element 4.
  • the load 5 is, for example, a microcomputer, a wireless communication unit, a sensor, or the like.
  • the output of the sensor is transmitted wirelessly under the control of the microcomputer.
  • the antenna device 1 is composed of a first antenna element and a second antenna element that are in contact with the human body.
  • FIGS. 2A plane view
  • 2B cross-sectional view
  • 2C cross-sectional view
  • a rectifier circuit 2 cross-sectional view
  • the antenna element 11 as the first antenna element is configured in a plate shape (patch shape).
  • FIGS. 2A, 2B, and 2C the antenna element 11 as a contact portion has a plate shape made of a conductor such as gold, silver, aluminum, copper, iron, nickel, or an alloy. ..
  • the antenna element 11 is a conductor, and may be one that conducts electricity, such as a conductive resin or a conductive rubber containing carbon, metal, or the like.
  • a conductor such as a conductive resin or a conductive rubber containing carbon, metal, or the like.
  • the antenna element 11 for example, by using gold or silver, it is possible to construct an electrode having low resistance. Further, by using aluminum, copper, iron, nickel or the like, the cost of the antenna element 11 can be suppressed. Further, by using an alloy with these metals or other metals, it is possible to appropriately configure a lightweight electrode, a highly durable electrode, or the like.
  • a conductive resin containing carbon, a metal, or the like, a conductive rubber, or the like may be used as the antenna element 11, for example, a conductive resin containing carbon, a metal, or the like, a conductive rubber, or the like may be used. By using the conductive resin, for example, electrodes having various shapes can be easily formed.
  • the material of the antenna element 11 is not limited, and the above-mentioned materials may be used alone, or each material may be combined to form an electrode.
  • the antenna element 11 may be configured so that the conductor constituting the electrode is in direct contact with the human body, or the surface in contact with the human body may be coated with a resin.
  • a resin having water resistance such as waterproof and drip-proof and weather resistance to ultraviolet rays and the like is used. This avoids a situation in which the antenna element 11 is corroded when it is used outdoors, in a pool, or the like. In addition to this, it is possible to protect the antenna element 11 from sweat, moisture, and the like generated when the user exercises.
  • a plate-shaped (patch-shaped) antenna element 11 and a device board (circuit board) 12 are arranged to face each other, and a dielectric plate 13 is interposed between the antenna element 11 and the device board 12. ing. A space may be provided between the antenna element 11 and the equipment board 12 without providing the dielectric plate 13.
  • the antenna portion 1a is composed of the ground formed by the antenna element 11 and the copper foil pattern of the equipment substrate 12. The ground is the second antenna element.
  • a circuit unit 16 is provided on, for example, the back surface of the equipment board 12.
  • the circuit unit 16 includes a rectifier circuit 2.
  • the rectifier circuit 2 is arranged so as not to overlap with the ground 19 formed by the copper foil pattern of the equipment substrate 12.
  • the charger 3 and the power storage element 4 may be included in the circuit unit 16, but they may exist separately.
  • the antenna device having the above configuration is housed in the case 17.
  • the contact surface of the human body other than the antenna element 11 of the case 17 is made of an insulating material such as resin.
  • the side surface of the case other than the contact surface with the human body, the opposite surface of the case, and the like are also made of an insulating material.
  • FIG. 2C shows a configuration in which the case 17 is composed of a non-metal case 17A such as a resin and a metal case 17B.
  • the ground 19 on either the upper or lower surface of the equipment board 12 and the case 17B may be electrically connected to each other. That is, the case 17A of the insulating material provided with the antenna element 11 and the case 17B of the metal material constituting the opposite surface are connected by a connecting portion 22 such as a screw, and the case 17B and the ground 19 of the equipment board 12 are connected. May be connected by a wire 23.
  • a ground 19 formed of a copper foil pattern is formed on the circuit board 12, and the antenna portion 1a is formed by the ground 19 formed of the antenna element 11 and the copper foil pattern of the equipment board 12. It is configured.
  • the ground 19 is the second antenna element.
  • an electrostatic protection component for example, a varistor 18 is inserted between the antenna element 11 and the ground formed of the copper foil pattern of the receiving device.
  • the varistor 18 may be connected between the output terminal 34a and the ground 19.
  • the circuit unit 16 includes a rectifier circuit 2.
  • the rectifier circuit 2 is arranged so as not to overlap with the ground 19 formed by the copper foil pattern of the equipment substrate 12.
  • the input line output from the antenna element 11 to the rectifier circuit 2 is connected in series to the rectifier circuit without going through the matching circuit.
  • the charger 3 and the power storage element 4 may be included in the circuit unit 16, but they may exist separately.
  • a separate second antenna element 20 (shown as a shaded area) formed of a copper foil pattern may be configured on the substrate.
  • the separate second antenna element 20 does not come into contact with the human body.
  • it was created on a separate substrate in FIG. 4 it may be formed on a metal part such as a housing configured so as to be opposite to the human body of the receiver and not in contact with the human body.
  • an electrostatic protection component for example, a varistor 21 between the antenna element 11 in contact with the human body and the ground of the receiving device as a countermeasure against static electricity.
  • FIG. 5 shows another configuration of the second antenna element 20.
  • FIG. 5A is a configuration of a meander line 20a
  • FIG. 5B is a configuration of a coil 20b, which may be a configuration of a chip coil.
  • FIG. 5C has a configuration in which the inductor 20c is provided at the tip portion. These configurations can reduce the occupied area, increase the antenna length, and increase the induced voltage.
  • the antenna element 11 of the antenna portion 1a described above is made to come into contact with the human body.
  • the antenna element 11 is attached to a part of the human body, for example, the arm. Since the antenna device 1 uses the human body as an antenna, it can take in the energies of both a quasi-electrostatic field such as noise, which is a leakage current, and a radio wave such as a broadcast wave.
  • the human body and the antenna element 11 are in contact with each other by capacitive coupling.
  • the antenna device 1 it is better that the antenna element 11 comes into direct contact with the human body, but basically, it is preferable that the antenna element 11 comes into contact with the surface so as to increase the capacitance.
  • the structure is not limited to the surface, and may be a pin structure, a hemispherical structure, or a structure that fits in an uneven shape as long as it is in contact with the human body. Electric field energy is received and electric power is generated by the antenna device 1 composed of the antenna element 11 in contact with the human body and the ground electrode of the equipment board 12, or the separate second antenna element 20 (FIG. 4). be able to.
  • the antenna device 1 when the antenna device 1 (hatched portion) is attached to the arm, the ground of the equipment board 12 or the ground of the second antenna element 20 (FIG. 4) and the ground of the ground. It can be considered that a pseudo-ground is formed by capacitive coupling between the antennas.
  • the antenna device 1 can receive a low frequency quasi-electrostatic field. It is considered that the blood vessel is seen as an antenna when the antenna device 1 of the embodiment of the present technology resonates at a low frequency such as 50 Hz.
  • the antenna device 1 includes the antenna configuration of FIG. 3 or FIG. 4, and is capable of receiving radio waves in a wide frequency range. Therefore, the electric field energy can be taken in without being restricted by the place where the person wearing the antenna device according to the present technology is located.
  • FIG. 6 shows an example of the rectifier circuit 2.
  • a normal rectifier circuit not shown here
  • a certain amount of voltage is required to store energy quickly. Therefore, it is necessary to boost the voltage and rectify it like a voltage doubler circuit. Therefore, by inserting a capacitor of the level to be boosted in front of the diode and rectifying it, the voltage corresponding to that capacitor is added and boosting becomes possible. Therefore, a configuration of a full-wave quadruple pressure rectifier circuit including input capacitors 26 and 27 connected to the antenna portion 1a, diodes 28, 29, 30 and 31, and capacitors 32 and 33 was used.
  • Direct current is output from the output terminals 34a and 34b from both ends of the series connection of the capacitors 32 and 33.
  • the capacitors 32 and 33 are the parts that actually store the current in addition to the voltage increase, so the capacity of this part should be large and the leakage current should be small.
  • this example is a full-wave 4-voltage rectifier circuit, it may be a rectifier circuit incorporating a normal half-wave rectifier circuit, a full-wave rectifier circuit, a voltage doubler rectifier circuit, and a Cockcroft-Walton circuit (not shown here).
  • the efficiency of the full-wave rectifier circuit can be taken in by increasing the voltage of the AC signal, so the diode used for rectification this time is the full-wave rectifier circuit, even if the diode loss is included.
  • the configuration of FIG. 7 is a two-stage quadruple pressure rectification, but if it is desired to increase the voltage to be taken out, the number of stages may be further increased.
  • FIG. 8 Another example of the rectifier circuit 2 (full-wave rectifier circuit) is shown in FIG.
  • the diodes 61 and 64 are connected in series, and the diodes 63 and 62 are connected in series.
  • the connection point between the anode of the diode 61 and the cathode of the diode 64 is connected to the first antenna element 11, and the connection point between the anode of the diode 63 and the cathode of the diode 62 is connected to the second antenna element 20.
  • the cathode of the diode 61 and the cathode connection point of the diode 63 are connected to one output terminal 34a via the backflow prevention diode 65, and the anode of the diode 64 and the anode connection point of the diode 62 are connected to the other output terminal 34b.
  • a varistor 66 for static electricity countermeasures and a Zener diode 67 for IC protection are connected in parallel between the output terminals 34a and 34b.
  • FIGS. 9 and 1 Silicon and germanium were measured as the diode part number 1N60, and the other part numbers ISS108 were evaluated using germanium products made by different manufacturers.
  • the curve 42 is the characteristic of 1N60 (silicon)
  • the curve 41 is the characteristic of 1N60 (germanium)
  • the curve 43 is the characteristic of ISS108 (germanium).
  • the current that flows when a voltage is applied in the reverse direction of the diode is the reverse current Is.
  • the measurement data in Table 1 is the data when 10 V is applied in the opposite direction of the diode.
  • the forward voltage Vf is the voltage at which the forward current (1 mA) begins to flow in the diode.
  • the diode 1N60 silicon in which the current does not flow in the reverse direction is better than the one in which the voltage at which the current starts to flow in the forward direction is low.
  • the reverse current Is when the forward voltage Vf of the diode is applied in the reverse direction is the data of 10V in Table 1, so the same voltage as Vf is applied in the reverse direction.
  • the ratio of forward current (1 mA) / reverse current Is is calculated to be 1/27778 for 1N60 (silicon), 1/4762 for 1N60 (germanium), and 2000 for ISS108 (germanium). It is one-third. That is, as the diode used in the rectifier circuit 2, the above-mentioned ratio needs to be larger than about 4700 times, and the above-mentioned ratio is preferably 10,000 or more. As a result, 1N60 (silicon) has the most suitable characteristics among the three diodes mentioned as examples.
  • 1N60 (silicon) is 100M ⁇ .
  • 1N60 (germanium) is 1.43 M ⁇ and ISS108 (germanium) is 0.38 M ⁇ . That is, it is preferable that the resistance value for preventing the current from flowing in the reverse direction is large, and the diode used for the rectifier circuit 2 needs to have the above-mentioned resistance value larger than 1.43 M ⁇ , and is preferable. It is 10 M ⁇ or more.
  • 1N60 (silicon) has the most suitable characteristics among the three diodes mentioned as examples.
  • the rectifying diode constituting the rectifying circuit 2a has characteristics suitable for rectifying an electric signal generated from a quasi-electrostatic field of a low frequency component, for example, a characteristic that the reverse current Is at a forward voltage Vf is small, and rectifying.
  • the rectifying diode constituting the circuit 2b has a characteristic suitable for rectifying an electric signal generated from a radio wave of a radiated electromagnetic field having a high frequency component, for example, a characteristic having a low forward voltage.
  • the diplexer 7 that frequency-separates the output signal of the antenna portion 1a is configured to have as little loss as possible. It should be noted that 1 MHz of a predetermined frequency may be divided into different frequencies depending on the diode frequency characteristic as an example, or the frequency division may be divided into three or more.
  • FIG. 11 shows the waveform of the received signal obtained when the antenna device according to the embodiment of the present technology is actually operated in the laboratory without a window owned by the applicant.
  • 11A, 11B, and 11C are spectra obtained by measuring a received signal in the frequency range of 25 MHz to 500 MHz indoors (indoors) with a spectrum analyzer.
  • FIG. 11A is a reception signal spectrum when the antenna device 1 is not connected, and for example, the reception level of 100 MHz (indicated by a square mark) is ( ⁇ 91.37 dBm).
  • dBm is a unit expressed by a decibel (dB) value with 1 milliwatt (mW) of electric power as a reference value, and represents the strength of radio waves.
  • FIG. 11 shows the waveform of the received signal obtained when the antenna device according to the embodiment of the present technology is actually operated in the laboratory without a window owned by the applicant.
  • 11A, 11B, and 11C are spectra obtained by measuring a received signal in the frequency range
  • FIG. 11B shows the reception signal spectrum in the case of the antenna device 1 alone, and the reception level of 100 MHz (indicated by a square mark) is (-79.77 dBm, 27.23 dB ⁇ V).
  • FIG. 11C shows a received signal spectrum when the antenna device 1 is picked up by hand, and the reception level of 100 MHz (indicated by a square mark) is ( ⁇ 72.15 dBm, 34.85 dB ⁇ V). From FIGS. 11A, 11B, and 11C, it can be seen that the largest output signal can be obtained when the antenna element 11 of the antenna device 1 is in contact with the human body.
  • FIGS. 12A and 12B show the results of an experiment in which radio waves such as broadcast waves and mobile phones were actually received outdoors. This is the result of receiving radio waves outdoors using an antenna device according to an embodiment of the present technology and measuring with a spectrum analyzer.
  • 12A and 12B are spectra of received signals in the frequency range of 50 MHz to 1 GHz outdoors. The vertical axis represents the strength of radio waves (dBm).
  • FIG. 12A is a received signal spectrum in the case of a single antenna device 1
  • FIG. 12B is a received signal spectrum in the case where the antenna element 11 is picked up by hand.
  • the frequency at which a relatively large amplitude can be obtained corresponds to the frequency band of FM broadcasting, television broadcasting, and mobile phones. From these experimental results, it can be seen that the reception level is significantly increased when the antenna element 11 of the antenna device 1 comes into contact with the human body both indoors and outdoors.
  • FIGS. 13A and 13B show measurement results obtained by measuring the same antenna device 1 in an anechoic chamber (peak gain measurement).
  • the horizontal axis represents the frequency, and the vertical axis represents the antenna gain (dBd).
  • These measurement results are the measurement results of the VHF band of FM broadcasting, FIG. 13A shows the measurement results of the antenna alone, and FIG. 13B shows the measurement results when the antenna element 11 is brought into contact with the hand.
  • FIGS. 14A and 14B show measurement results of the UHF band of television broadcasting, FIG. 14A shows the measurement results of the antenna alone, and FIG. 14B shows the measurement results when the antenna element 11 is brought into contact with the hand. show. It can be seen from FIGS.
  • the reception gain is increased by bringing the antenna element 11 into contact with the human body even in the anechoic chamber.
  • the thin line shows the characteristic of horizontally polarized wave
  • the solid line shows the characteristic of vertically polarized wave.
  • FIG. 15 shows a floor structure (so-called OA (office automation) floor) when floor wiring is made.
  • the floor metal plate 46 is supported by the metal plate support portion 45 with respect to the reinforced concrete base 44, and the floor carpet (for example, tile carpet) 47 is laid on the floor metal plate 46.
  • the power cable 48 is arranged in the space formed between the base 44 and the floor metal plate 46.
  • the power cable 48 undulates up and down and meanders.
  • the electric power received from the leakage electric field (quasi-electrostatic field) from the transmission line was measured under the transmission line, it was about 200 mV (pp value).
  • a voltage waveform as shown in FIG. 16 can be obtained by the antenna device 1.
  • the vertical axis of FIG. 16 is voltage (V), and the horizontal axis is time (msec).
  • the electric field generated during walking can be taken in as energy by the antenna device 1.
  • the antenna element by bringing the antenna element into contact with the human body, it is possible to capture the quasi-electrostatic field and radio wave energy generated in the space, and the electric field generated in the human body during walking. Become. If the captured energy is rectified and stored in a power storage element such as a secondary battery, it not only extends the life of the power supply (battery) of electronic devices that people wear and use, such as mobile devices, but also depending on the product. No need to charge.
  • a power storage element such as a secondary battery
  • the human body is a conductor, and usually exists in a state of floating with respect to the earth (GND) through an insulating material such as shoes or socks.
  • This technology is effective in such a state.
  • a human body that floats from the ground will be directly grounded to the ground, which is the ground, when it moves barefoot like the sea or a pool.
  • the stored power may be lost.
  • FIG. 17 shows, for example, a state in which one hand of the human body is in contact with the antenna element 11 and the other hand is in contact with the grounded metal portion 36.
  • the switch SW is connected between the antenna unit 1a and the rectifier circuit 2.
  • a detector 35 for detecting the output of the rectifier circuit 2 is provided. The ON / OFF of the switch SW is controlled by the output of the detector 35.
  • FIG. 17 is an example of a full-wave quadruple pressure rectifier circuit, but a full-wave rectifier circuit as shown in FIG. 18 may be configured.
  • the configuration is the same as that of FIG. 8 described above, but since the switch SW is connected, it is not necessary to provide the backflow prevention diode 65.
  • the same reference numerals are given to the elements corresponding to the elements of FIG. 8, and the description thereof will be omitted.
  • step ST1 it is determined whether or not a predetermined time has elapsed, and when a predetermined time has elapsed, it is determined whether or not the charging capacity has decreased (step ST2).
  • the switch SW is turned off (step ST3).
  • step ST5 the switch SW is turned on (step ST5). Then, the process returns to step ST1.
  • the antenna is a human body, and the ground of the antenna device 1 or a separate conductor is used to create an electric field, so that the receivable frequency is not restricted by the shape of the antenna. Further, by having a structure in which the ground of the antenna device 1 or a separate conductor is capacitively coupled to the ground of the ground, it is possible to take in electric field energy in a quasi-electrostatic field other than radio waves. In other words, it made it possible to convert the power and noise leaking from the power cord and inverter into energy. In this way, the human body can be treated as a conductor, and the electric power induced by the human body itself can be taken in between the ground and the ground of the antenna device 1.
  • the antenna device 1 (hatched portion) according to the present technology is attached to the operator's wrist (may be the back of the hand).
  • the notebook personal computer 71 includes a keyboard 72, and in a resin case 73 on the back side of the keyboard 72, there are a circuit board 74 and electronic components 75 such as a processor and a switching power supply attached to the circuit board 74. is doing.
  • the electronic component 75 generates spatial noise 76, as indicated by an arrow in FIG. 20B.
  • the human body (in this case, the wrist) is spatially coupled to the circuit board 74 of the notebook personal computer 71 and the electronic component 75 mounted on the circuit board 74 via the resin keyboard 72. Therefore, when operating the keyboard 72, the keyboard 72 and the human body come into contact with each other, and the antenna device 1 receives the component of the spatial noise 76 emitted from the circuit board 74 and the electronic component 75 via the human body.
  • the antenna device 1 has a full-wave rectifier circuit and a capacitor (for example, 1.2 ⁇ F) is connected to the subsequent stage of the full-wave rectifier circuit, as shown in FIG. 21, the terminal voltage of the capacitor is up to 1.2 V in 20 seconds. Rise.
  • a tracker is a terminal that can transmit location information acquired by GPS (Global Positioning System) via a telephone network or the like and display and view the location information on a personal computer, tablet, or smartphone connected to the Internet.
  • GPS Global Positioning System
  • FIG. 22 is a block diagram showing an application example in which this technology is applied to a power source for IoT (Internet of Things) for environmental monitoring. It has an illuminance sensor 51, a temperature, humidity and atmospheric pressure sensor 52, BLE (Bluetooth® Low Energy) and an MCU (Microcontroller unit) 53, and these blocks (ICs) are connected by an I2C bus 54. There is.
  • a power supply for such IoT a power supply circuit according to the present technology (as shown in FIG. 7 or 8, a configuration including an antenna portion 1a and a rectifier circuit 2) is applied.
  • the rectifier circuit 2 is a voltage doubler rectifier circuit, it is important that the leakage current of the diode at the time of reverse bias is very small.
  • a full wave rectifier circuit is suitable.
  • the diode characteristics it is preferable that a large current can flow from a voltage having a very small Vf.
  • the leakage current of the reverse voltage application board is very small.
  • the leakage current at this time is about 0.001 ⁇ A when a reverse voltage of 5 V is applied.
  • the BLE is one of the extended specifications of Bluetooth (registered trademark), which enables communication with extremely low power.
  • the BLE and MCU 53 can wirelessly transmit the detection data of the illuminance sensor 51 and the temperature, humidity and atmospheric pressure sensors 52 to a mobile terminal such as a smartphone or tablet.
  • the output terminals 34a and 34b of the rectifier circuit 2 are connected to the DC-DC converter 55.
  • the output of the DC-DC converter 55 charges a secondary battery, for example, a lithium ion secondary battery 56.
  • the output of the lithium ion secondary battery 56 is supplied to the DC-DC converter 57 and the LDO (Low Dropout) 58.
  • the output of the DC-DC converter 57 is supplied as a power source to the illuminance sensor 51, the temperature, humidity and atmospheric pressure sensors 52, BLE and MCU 53. Further, the output of the LDO 58 is supplied as a power source to the BLE and the MCU 53.
  • the LDO is a linear regulator that operates even with a low potential difference between input and output, and by operating with a low potential difference, it is possible to design with less energy loss and less heat generation. It is supplied to the AD conversion input of the BLE and the MCU 53, and the output voltage of the secondary battery 56 is monitored by the BLE and the MCU 53.
  • the antenna used for communication with the outside such as BLE is a dipole structure having an antenna configuration that does not use the ground of the circuit board that is not easily affected by energy harvesting.
  • the surface of the antenna element 11 and the case 17 or the cases 17A and 17B and the joint portion 22 when the case is separated (FIG. 2C) is coated with a water-resistant and light-resistant resin. It is also possible to improve the weather resistance of the antenna device 1.
  • the voltage induced when a person walks can be obtained by the antenna device 1.
  • a full-wave rectifier circuit (consisting of diodes 61 to 64 and Zener diodes 66 and 67) is connected to the antenna device 1, and the output voltage of the full-wave rectifier circuit is set to a high resistance (2 M ⁇ or more, desirable).
  • the voltage can be measured by a sensor (10 M ⁇ ), for example, a voltmeter 81.
  • the output of the full-wave rectifier circuit charges the battery 82 via the backflow prevention diode 65, and the output of the battery 82 is used as a power source for the voltmeter 81.
  • the output of the voltmeter 81 is not shown, it can be analyzed by a computer or the like to perform personal authentication. Further, by learning information such as voltage fluctuation and physical condition, it is possible to analyze the current information, for example, physical condition of the person wearing the antenna device 1.
  • FIG. 24A shows a configuration in which the antenna devices 101, 102, and 103 are connected in series.
  • the voltage VL applied to the load RL is (V1 + V2 + V3).
  • FIG. 24B shows a configuration in which the antenna devices 101, 102, and 103 are connected in parallel.
  • the current IL flowing through the load RL is (I1 + I2 + I3).
  • FIG. 25 shows a first embodiment for increasing the output voltage of the antenna device.
  • a first antenna element 11 that comes into contact with the human body is provided, and two second antenna elements 20A and 20B are provided for the antenna element 11.
  • the antenna elements 20A and 20B are, for example, separate independent substrates, housings, and the like.
  • a rectifier circuit 2A for rectifying the output of the antenna portion including the antenna elements 11 and 20A is provided, and a rectifier circuit 2B for rectifying the output of the antenna portion including the antenna elements 11 and 20B is provided.
  • the rectifier circuits 2A and 2B are connected in series, and the output line is derived from the series connection.
  • FIG. 26 shows the circuit connection of the first embodiment. This is an example in which a full-wave rectifier circuit is used as the rectifier circuits 2A and 2B connected in series.
  • the Zener diodes 66 and 67 are common elements for the two rectifier circuits 2A and 2B.
  • an output voltage of, for example, 4V when an output voltage of, for example, 4V can be obtained by one antenna device, an output voltage of 8V can be obtained.
  • a larger output voltage can be obtained by connecting two or more rectifier circuits in series.
  • independent antenna elements 11A and 11B are provided as the first antenna element in contact with the human body.
  • the antenna elements 11A and 11B are in contact with different parts of the human body.
  • FIG. 28 shows the circuit connection of the second embodiment. This is an example in which a full-wave rectifier circuit is used as the rectifier circuits 2A and 2B connected in series.
  • the Zener diodes 66 and 67 are common elements for the two rectifier circuits 2A and 2B.
  • FIGS. 29 and 30 A third embodiment for increasing the output current of the antenna device is shown in FIGS. 29 and 30.
  • a first antenna element 11 that comes into contact with the human body is provided, and two second antenna elements 20A and 20B are provided for the antenna element 11.
  • the antenna elements 20A and 20B are, for example, separate independent substrates, housings, and the like.
  • a rectifier circuit 2A for rectifying the output of the antenna portion including the antenna elements 11 and 20A is provided, and a rectifier circuit 2B for rectifying the output of the antenna portion including the antenna elements 11 and 20B is provided.
  • the rectifier circuits 2A and 2B are connected in parallel, and the output line is derived from the parallel connection.
  • FIG. 30 shows the circuit connection of the third embodiment. This is an example in which a full-wave rectifier circuit is used as the rectifier circuits 2A and 2B connected in parallel.
  • the Zener diodes 66 and 67 are common elements for the two rectifier circuits 2A and 2B.
  • independent antenna elements 11A and 11B are provided as the first antenna element in contact with the human body.
  • the antenna elements 11A and 11B are in contact with different parts of the human body.
  • FIG. 32 shows the circuit connection of the fourth embodiment. This is an example in which a full-wave rectifier circuit is used as the rectifier circuits 2A and 2B connected in parallel.
  • the Zener diodes 66 and 67 are common elements for the two rectifier circuits 2A and 2B.
  • the antenna elements 11, 11A, and 11B that come into contact with the human body in FIGS. 29, 30, 31, and 32 are connected to the connection points of the diodes 61a and 64a and the connection points of the diodes 61b and 64b, respectively, in order to have the same phase. Be connected. Also, the connection positions of the full-wave rectifier circuit are at the same point. The antenna element connected to the metal element is connected at a position where the phases of the rectifier circuit are added in order to have the same phase.
  • the current can be increased by creating and connecting the antenna element 200 at the base of the antenna element 20.
  • the length of the antenna element is set to (the length of the antenna element 20 ⁇ the length of the antenna element 200).
  • the antenna element 20 may be created on a substrate on which a rectifier circuit is mounted, and the antenna element 200 may be separately created by, for example, a substrate, a housing, a rod antenna, or the like.
  • an output current of 4 ⁇ A can be obtained by one antenna device
  • an output current of 8 ⁇ A can be obtained by connecting a parallel circuit. If you want to increase the voltage, for example, if you want to change the 4V output to 8V output, you can use a series circuit connection. By combining the series / parallel circuits in this way, it is possible to supply the required power to the subsequent stage.
  • a capacitor may be connected in parallel with the Zener diode in order to smooth the voltage after rectification.
  • the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present technology are possible. Further, as for the mode of modification, one or more arbitrarily selected may be appropriately combined. In addition, the configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, and the like of the above-described embodiments can be combined with each other as long as they do not deviate from the gist of the present technology. For example, power generation using this technology and natural energy, for example, solar power generation or a thermoelectric conversion element may be used in combination to store energy.
  • the receiver can be incorporated into a device such as a band list and directly or via a cable to other batteries or the like. It is also possible to charge.

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Abstract

空間にある電波及び準静電界の電界エネルギーを受信し、交流信号から直流に整流するための整流回路を具備し、人体が大地であるグランドに接地されていない状態において、人体に接触して用いられる第１のアンテナエレメントと、第１のアンテナエレメントとは別の導体で、人体とは接触しないように設けられた第２のアンテナエレメントによって構成されたアンテナ部を有し、アンテナ部から出力された交流信号のうち、人体に接触して用いられる第１のアンテナエレメントから整流回路に出力される入力線路が整流回路に直列に接続されているアンテナ装置である。 図２

Description

アンテナ装置、整流回路、電源装置及び電子機器
　本技術は、エナジーハーベスト機能を備えるアンテナ装置、整流回路、電源装置及び電子機器に関する。
　身の回りに存在している放送波等の電波のエネルギーを電力に変換すること（エナジーハーベスト）が考えられている。従来の電波を使ったエナジーハーベストにおいては、空間中にある電力を取り込むために、受信する電波の周波数に合わせたアンテナを形成し、これに整流回路を接続して、エネルギーを蓄積している。この方法では、受信する周波数にそれぞれ合わせたアンテナが必要であり、また、エネルギーとして取り込める電力が限られていた。
　特許文献１には、人体をアンテナ又は、グランドとして機能させることで、空間からの電波のエネルギーを取り込むことが記載されている。
　人体に接触して人体を介して空中を伝播する電波の電磁エネルギーを取り込むための入力端子部を設け、その入力端子から入力された交流波形の電力を整流して、直流波形に変換し、電力として蓄電池に充電する方法が記載されている。その入力端子と整流回路の間には、アンテナとのインピーダンス整合のための整合部が設けられており、抵抗、キャパシタ、インダク等から構成されている。
特開２００３－０８８００５号公報
　特許文献１の問題は、空中を伝播する電波の電磁エネルギーのみを対象とし、人体を含むアンテナとの間で、インピーダンスの整合を取るための整合部を設けたことにより、受電できる電力が著しく小さくなってしまったことである。特許文献１での実験結果からは、１分間にMAX １００μＶ程度しか取れず、応用範囲が非常に限られたものとなっていた。本技術は、そのような問題を解決したことにある。
　本技術は、人体に接触して人体をアンテナとするための入力端子部には、後段の整流回路との接続において、人体は幅広い周波数に対応するので、整合回路を設けず、直列に接続するようにし、順方向電流に対して、非常に小さい逆方向電流のダイオードで整流したことである。これにより、従来の電波に加えて、周波数としては、非常に小さい人が歩く時に発生する電界である数Hzの電力や電源から洩れてくる５０／６０Hzのような電波ではない準静電界（近傍界）の電力を効率よく、受信できるようにしたことにある。つまり、人体と接続される入力端子部と整流回路の間には、アンテナ形状を考慮しなくてよく、整合回路が不要となったことである。これにより、アンテナ装置のグランド又は、別アンテナエレメントが、キャパシタ結合で、大地のグランドとで電界を作る構造とすることで、電波以外の準静電界における電界エネルギーを、取り込むことが可能となった。すなわち、電源コードやインバータから漏れる電力やノイズを受信してエネルギーに変換することを可能とした。すなわち、広い範囲の電界エネルギーを受信できることによって受信電力を増大させることができる。準静電界とは、放射電磁界いわゆる電波のように伝搬する性質がなく、人や車両、物質近傍に静電気帯電のように分布する電圧現象のことである。静電界が時間変化ゼロと見なすのに対して準静電界は周波数成分を持ち、時間変化を伴うものである。
　したがって、本技術の目的は、従来の人体を利用して電波のエネルギーを電力に変換することものと異なる構成で、広範囲に存在している電波に加え、準静電界（近傍界）の電界エネルギーを取り込むことによってより大きな受信電力を得ることができるアンテナ装置、整流回路、電源装置及び電子機器を提供することにある。
　本技術は、空間にある電波又は準静電界の電界エネルギーを受信し、交流信号から直流に整流するための整流回路を具備し、人体が大地であるグランドに接地されていない状態において、人体に接触して用いられる導体である第１のアンテナエレメントと、第１のアンテナエレメントとは別の導体で、人体とは接触しないように設けられた第２のアンテナエレメントによって構成されたアンテナ部を有し、
　アンテナ部から出力された交流信号のうち、人体に接触して用いられる第１のアンテナエレメントから整流回路に出力される入力線路が整合回路などなく、整流回路に直列に接続されているアンテナ装置である。
図１は、本技術による受信装置の一実施形態のブロック図である。 図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、受信装置に含まれるアンテナ装置の平面図及び断面図である。 図３は、機器基板を含むアンテナ装置の一例を説明するための略線図である。 図４は、機器基板を含むアンテナ装置の他の例を説明するための略線図である。 図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、第２のアンテナエレメントの具体例をそれぞれ示す略線図である。 図６Ａ及び図６Ｂは、アンテナ装置の動作を説明するための略線図である。 図７は、整流回路の一例の構成を示す接続図である。 図８は、整流回路の他の例の構成を示す接続図である。 図９は、整流回路のダイオードの特性の説明のためのグラフである。 図１０は、一実施形態の変形例のブロック図である。 図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、一実施形態の出力の測定結果を示すグラフである。 図１２Ａ及び図１２Ｂは、一実施形態の出力の測定結果を示すグラフである。 図１３Ａ及び図１３Ｂは、一実施形態のピークゲイン測定の測定結果を示すグラフである。 図１４Ａ及び図１４Ｂは、一実施形態のピークゲイン測定の測定結果を示すグラフである。 図１５は、一実施形態の動作の説明に用いる略線図である。 図１６は、人体の発生する電圧の波形の一例を示す波形図である。 図１７は、本技術による電源装置の一実施形態のブロック図である。 図１８は、本技術による電源装置の他の実施形態のブロック図である。 図１９は、本技術による電源装置の動作を説明するためのフローチャートである。 図２０Ａ及び図２０Ｂは、本技術をノート型パーソナルコンピュータの操作に適用した応用例の構成を示す略線図である。 図２１は、図２０の構成によって得られた電圧変化の一例を示すグラフである。 図２２は、本技術による電源装置のさらに他の実施形態のブロック図である。 図２３は、本技術による電源装置のよりさらに他の実施形態のブロック図である。 図２４Ａ及び図２４Ｂは、出力を増やすための一般的な構成を示すブロック図である。 図２５は、アンテナ装置を直列接続した構成の一例のブロック図である。 図２６は、図２５の回路接続の一例を示す接続図である。 図２７は、アンテナ装置を直列接続した構成の他の例のブロック図である。 図２８は、図２７の回路接続の一例を示す接続図である。 図２９は、アンテナ装置を並列接続した構成の一例のブロック図である。 図３０は、図２９の回路接続の一例を示す接続図である。 図３１は、アンテナ装置を並列接続した構成の他の例のブロック図である。 図３２は、図３１の回路接続の一例を示す接続図である。 図３３Ａ及び図３３Ｂは、アンテナの本数を増やす場合の説明に使用する略線図である。 図３４Ａ及び図３４Ｂは、アンテナの本数を増やす場合の説明に使用する接続図である。
　以下に説明する実施形態は、本技術の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本技術の範囲は、以下の説明において、特に本技術を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限定されないものとする。また、以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の構成要素を示しており、重複する説明を適宜省略する。
  図１は、本技術によるエナジーハーベスト機能を備えるアンテナ装置の一実施形態を示す。第１のアンテナエレメント及び第２のアンテナエレメントからなるアンテナ部１ａによって電界エネルギーが受信され、アンテナ部１ａの出力が整流回路２に供給される。アンテナ部１ａ及び整流回路２によってアンテナ装置１が構成される。
　整流回路２の出力がチャージャー３に供給される。チャージャー３に対して蓄電素子４が接続されている。蓄電素子４がチャージャー３によって充電される。チャージャー３が、蓄電素子４の放電を制御するようにしてもよい。アンテナ装置１、チャージャー３及び蓄電素子４によって受信装置が構成される。蓄電素子４に対して負荷５が接続される。蓄電素子４に蓄積された電力によって負荷５が動作する。負荷５は、例えばマイクロコンピュータ、無線通信部、センサーなどである。マイクロコンピュータの制御によって、センサーの出力が無線送信される。
　アンテナ装置１は、人体と接する第１のアンテナエレメントと第２のアンテナエレメントによって構成されている。アンテナ装置について、第１のアンテナエレメントとしてのアンテナエレメント１１が板状（パッチ状）に構成された図２Ａ（平面図）、図２Ｂ（断面図）及び図２Ｃ（断面図）並びに整流回路２（後で説明する）が搭載される基板図（図３）を参照して説明する。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃに示すように、接触部としてのアンテナエレメント１１は、金、銀、アルミ、銅、鉄、ニッケル、又は、合金等の導体で構成された板状のものである。また、アンテナエレメント１１は、導体であり、カーボンや金属等が配合された導電性樹脂や導電性ゴムのように電気を通すものでもよい。例えば金や銀を用いることで、低抵抗な電極を構成することが可能となる。またアルミニウム、銅、鉄、ニッケル等を用いることでアンテナエレメント１１のコストを抑えることが可能となる。またこれらの金属や他の金属との合金を用いることで、軽量な電極や、耐久性の高い電極等を適宜構成することが可能となる。
　またアンテナエレメント１１として、例えばカーボンや金属等が配合された導電性樹脂や導電性ゴム等が用いられてもよい。導電性樹脂を用いることで、例えば様々な形状の電極を容易に形成可能となる。また導電性ゴムを用いることで、弾性変形が可能な電極や密着性の高い電極等を構成することが可能となる。
　この他、アンテナエレメント１１の材質は限定されず、上記した材料を単体で用いてもよいし、各材料を組み合わせて電極が構成されてもよい。
　またアンテナエレメント１１は、人体に電極を構成する導体が直接接触するように構成されてもよいし、人体に接触する表面が樹脂コーティングされていてもよい。コーティングには、例えば防水・防滴といった耐水性や、紫外線等への耐候性のある樹脂が用いられる。これにより、屋外やプール等で使用される場合等に、アンテナエレメント１１が腐食するといった事態が回避される。この他にも、ユーザが運動する場合に生じる汗や、湿気等からアンテナエレメント１１を保護することが可能となる。
　図２Ｂ、図２Ｃでは、例えば板状（パッチ状）のアンテナエレメント１１と機器基板（回路基板）１２が対向配置されており、アンテナエレメント１１と機器基板１２の間に誘電体板１３が介在されている。誘電体板１３を設けないで、アンテナエレメント１１と機器基板１２の間を空間としてもよい。
　アンテナエレメント１１と機器基板１２とを電気的に接続するために、アンテナエレメント１１と導電ピン１４の一端が電気的に接続され、導電ピン１４の他端が機器基板１２を貫通し、機器基板１２の裏面の信号路電極と半田付けされている。アンテナエレメント１１と機器基板１２の銅箔パターンで形成されたグランドによってアンテナ部１ａが構成されている。グランドが第２のアンテナエレメントである。
　機器基板１２の信号路電極と導電ピン１４の接続部分が、アンテナの給電点１５となる。機器基板１２の例えば裏面に回路部１６が設けられている。回路部１６には、整流回路２が含まれている。整流回路２は機器基板１２の銅箔パターンで形成されたグランド１９とは、重ならないようになされる。回路部１６内に、チャージャー３及び蓄電素子４（図示せず）が含まれるようにしてもよいが、別体で、存在してもよい。
　上述した構成のアンテナ装置はケース１７内に収納される。ケース１７のアンテナエレメント１１以外の人体の接触面は樹脂などの絶縁材料で構成されている。また、人体との接触面以外のケース側面、ケース反対面なども絶縁材料で構成されている。
　図２Ｃは、ケース１７が、樹脂等の非金属であるケース１７Ａと金属であるケース１７Ｂからなる構成を示している。機器基板１２の上下どちらかの面にあるグランド１９とケース１７Ｂが電気的に接続される構成にすることもできる。すなわち、アンテナエレメント１１が設けられている絶縁材料のケース１７Ａと、その反対側の面を構成する金属材料のケース１７Ｂをネジなどの接続部２２で接続し、ケース１７Ｂと機器基板１２のグランド１９をワイヤー２３によって接続するようにしてもよい。
　図３に示すように、回路基板１２には、銅箔パターンで形成されたグランド１９が形成されており、アンテナエレメント１１と機器基板１２の銅箔パターンで形成されたグランド１９によってアンテナ部１ａが構成されている。グランド１９が第２のアンテナエレメントである。また、人体と接触又は接続されるアンテナエレメント１１には、静電対策として、受信機器の銅箔パターンで形成されたグランドとの間に静電気保護部品例えば、バリスタ１８が挿入されている。なお、バリスタ１８は、出力端子３４ａとグランド１９の間に接続してもよい。
　回路部１６には、整流回路２が含まれている。整流回路２は機器基板１２の銅箔パターンで形成されたグランド１９とは、重ならないようになされる。アンテナエレメント１１から整流回路２に出力される入力線路が整合回路を介さずに整流回路に直列に接続されている。回路部１６内に、チャージャー３及び蓄電素子４（図示せず）が含まれるようにしてもよいが、別体で、存在してもよい。
　次に、上記基板上に図４に示すように、銅箔パターンで形成された別体の第２のアンテナエレメント２０（斜線領域として示す）を構成してもよい。この場合、別体の第２のアンテナエレメント２０は、人体と接しないようにする必要がある。また、図４では、別体の基板に作成したが、受信機の人体との反対で、人体と接しないように構成された筐体などの金属部に形成してもよい。この場合も人体と接するアンテナエレメント１１には、静電対策として、受信機器のグランドとの間に静電気保護部品例えば、バリスタ２１を挿入することも可能である。
　第２のアンテナエレメント２０の他の構成を図５に示す。図５Ａは、メアンダライン２０ａの構成であり、図５Ｂは、コイル２０ｂの構成であり、チップコイルの構成としても良い。図５Ｃは、先端部にインダクタ２０ｃを有する構成である。これらの構成は、占有面積を削減することができ、アンテナ長を長くすることができ、誘起電圧を増大することができる。
　身の周りには、非常に多くの電界エネルギーが存在するが、低い周波数成分と高い周波数成分に分けることができる。例えば家庭の交流電源からの洩れ電界（５０Hz／６０Hz）、パーソナルコンピュータの近傍に存在するノイズ、人が歩行時に発生する電圧などは、低い周波数成分である。これらは、準静電界（近傍界）と称される。一方、ラジオ放送（ＡＭ／ＦＭ）、テレビジョン放送、携帯電話電波などは、高い周波数成分である。これらは、電波（遠方界）と称される。
　上述したアンテナ部１ａのアンテナエレメント１１が人体と接触するようになされる。人体の身体の一部例えば腕部に対してアンテナエレメント１１が取付られている。アンテナ装置１は、人体をアンテナとしたことで、漏れ電流であるノイズのような準静電界と放送波のような電波の両方のエネルギーを取り込むことができる。
　図５Ａに示すように、電気的には、人体とアンテナエレメント１１とが容量結合で接触している。アンテナ装置１としては、アンテナエレメント１１が人体と直接接触する方が、良いが、基本的には、容量が大きくなるように面で接触することが好ましい。しかし、面に限らず、人体と接触していれば、平面状以外にピン構造、半球状、凸凹で嵌合する構造であってもよい。人体と接触しているアンテナエレメント１１と機器基板１２のグランド電極、又は、別体の第２のアンテナエレメント２０（図４）によって構成されるアンテナ装置１によって電界エネルギーを受信して電力を発生することができる。
　また、図５Ｂに示すように、例えば腕にアンテナ装置１（斜線部分）を取り付けた状態では、機器基板１２のグランド、又は、別体の第２のアンテナエレメント２０（図４）と大地のグランド間が容量結合することによって、疑似的なグランドを形成すると考えることが出来る。このアンテナ装置１は、低い周波数の準静電界を受信することができる。本技術の一実施形態のアンテナ装置１が例えば５０Hzのような低い周波数で共振するのは、血管がアンテナとして見えていると考えられる。このように、アンテナ装置１は、図３又は、図４のアンテナ構成を含むものであり、広い周波数範囲の電波を受信することが可能とされている。したがって、本技術によるアンテナ装置を装着した人が居る場所の制約を受けずに電界エネルギーを取り込むことができる。
　整流回路２の一例を図６に示す。エナジーハーベストのような小さな電圧を扱う場合、通常の整流回路で、整流できないこともないが（ここでは図示せず）、エネルギーを早く貯めるためには、ある程度の電圧が必要になる。そのため、倍電圧回路のように、昇圧して整流する必要がある。そこで、ダイオードの前段に、昇圧したいレベルのコンデンサを挿入して、整流することで、そのコンデンサ分の電圧を付加して、昇圧が可能となる。よって、アンテナ部１ａに対して接続された入力コンデンサ２６及び２７と、ダイオード２８，２９，３０及び３１と、コンデンサ３２，３３からなる全波４倍圧整流回路の構成を使用した。コンデンサ３２及び３３の直列接続の両端から出力端子３４ａ及び３４ｂからは、直流となって出力される。今回の構成では、コンデンサ３２、３３は、電圧アップに加え、実際に電流を貯める部分になるので、この部分の容量は、大きめで、リーク電流が小さいものがよい。
　本例は、全波４倍圧整流回路であるが、ここでは図示しない、通常の半波整流回路、全波整流回路、倍電圧整流回路、コッククロフト・ウォルトン回路を組み込んだ整流回路としてもよい。また、効率は、全波整流回路の方が、交流信号の電圧を上げて、すべて、取り込めるので、今回、整流に採用したダイオードにおいては、ダイオードのロスを含めても、全波整流回路の方がよい結果となった。図７の構成は、２段の４倍圧整流であるが、取り出す電圧を高めたい場合は、段数をさらに増やしてもよい。
　各素子の値の一例を以下に示す。
　コンデンサ２６，２７：０．２２μＦ,３２，３３：４７μＦ
　ダイオード２８，２９，３０，３１：１Ｎ６０（シリコン）
　コンデンサを使用する、例えば倍圧整流回路の場合、逆バイアス時のダイオードの洩れ電流が非常に小さいことが重要である。洩れ電流がある場合には、全波整流回路が適している。整流回路２の他の例（全波整流回路）を図８に示す。図８に示すように、ダイオード６１及び６４が直列接続され、ダイオード６３及び６２が直列接続される。ダイオード６１のアノード及びダイオード６４のカソードの接続点が第１のアンテナエレメント１１と接続され、ダイオード６３のアノード及びダイオード６２のカソードの接続点が第２のアンテナエレメント２０と接続される。ダイオード６１のカソード及びダイオード６３のカソード接続点が逆流防止用ダイオード６５を介して一方の出力端子３４ａに接続され、ダイオード６４のアノード及びダイオード６２のアノード接続点が他方の出力端子３４ｂに接続される。出力端子３４ａ及び３４ｂ間に、静電対策用バリスタ６６及びＩＣ保護用ツェナーダイオード６７（例えばツェナー電圧が６．５Ｖ）が並列に接続される。
　なお、ディスクリートのダイオードで構成したが、専用のＩＣで構成してもよい。整流回路２に使用したダイオードの順方向電圧Ｖｆと逆方向電流Ｉｓを測定した結果が、図９及び表１である。ダイオードの品番１Ｎ６０として、シリコンとゲルマニウムのものを測定し、その他の品番ＩＳＳ１０８は、ゲルマニウムのものでメーカが異なるものを用いて評価した。図９において、曲線４２が１Ｎ６０（シリコン）の特性であり、曲線４１が１Ｎ６０（ゲルマニウム）の特性であり、曲線４３がＩＳＳ１０８（ゲルマニウム）の特性である。
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　ダイオードの逆方向に電圧を加えた時に流れる電流が、逆方向電流Ｉｓである。表１の測定データは、１０Ｖをダイオードの逆方向に加えた時のデータである。順方向電圧Ｖｆは、順方向電流（１ｍＡ）がダイオードに流れ始める時の電圧である。
　上述したアンテナ部１ａ（人体をアンテナにした装置）の出力を整流した場合には、順方向に電流が流れ始める電圧が低いものよりも、逆方向に電流が流れないダイオード１Ｎ６０（シリコン）の方が電力を取り込むことができることが分かった。整流される入力は、交流なので、ダイオードの順方向電圧Ｖｆが逆方向に印加される時の逆方向電流Ｉｓは、表１が１０Ｖのデータなので、それからＶｆと同じ電圧が逆方向に印加されるときの逆方向電流Ｉｓを計算すると１Ｎ６０（シリコン）が０．０３６μＡであり、１Ｎ６０（ゲルマニウム）が０．２１μＡであり、ＩＳＳ１０８（ゲルマニウム）が０．５μＡである。したがって、順方向電流（１ｍＡ）／逆方向電流Ｉｓの比は、計算すると、１Ｎ６０（シリコン）が２７７７８分の１であり、１Ｎ６０（ゲルマニウム）が４７６２分の１であり、ＩＳＳ１０８（ゲルマニウム）が２０００分の１である。つまり、整流回路２に使用するダイオードとしては、上述した割合が約４７００倍より大きいことが必要で、好ましくは、上述した割合が１００００以上である。この結果、例として挙げた３個のダイオードの中では、１Ｎ６０（シリコン）が最も適した特性を有している。
　さらに、ダイオードの特性で考えると逆方向に印加される時の逆方向電流Ｉｓは、小さい方がよく、１０Ｖのデータを用いて、逆方向抵抗値を計算すると１Ｎ６０（シリコン）が１００ＭΩであり、１Ｎ６０（ゲルマニウム）が１．４３ＭΩであり、ＩＳＳ１０８（ゲルマニウム）が０．３８ＭΩである。つまり、逆方向に電流が流れるのを阻止する抵抗値が、大きいものがよく、整流回路２に使用するダイオードとしては、上述した抵抗値が、１．４３ＭΩより大きいことが必要で、好ましくは、１０ＭΩ以上である。この結果、例として挙げた３個のダイオードの中では、１Ｎ６０（シリコン）が最も適した特性を有している。
　このようなダイオードの特性の相違を考慮して図１０に示すように、二つの整流回路２ａ及び２ｂを設け、ダイプレクサ７によってアンテナ部１ａの出力を二つの周波数成分に分けることも可能である。ダイプレクサ７によって分けられた所定周波数未満例えば１ＭHz未満の低い周波数成分が一方の整流回路２ａに供給されて整流される。また、所定周波数以上例えば１ＭHz以上の高い周波数成分が他方の整流回路２ｂに供給されて整流される。これらの整流回路２ａ及び２ｂの出力が加算回路８によって加算されて出力される。
　整流回路２ａを構成する整流用ダイオードは、低い周波数成分の準静電界から発生した電気信号を整流するのに適した特性例えば順方向電圧Ｖｆ時における逆方向電流Ｉｓが小さい特性を有し、整流回路２ｂを構成する整流用ダイオードは、高い周波数成分の放射電磁界の電波から発生した電気信号を整流するのに適した特性例えば順方向電圧が低い特性を有している。アンテナ部１ａの出力信号を周波数分離するダイプレクサ７は、できるだけ損失の少ないもので構成されている。なお、所定周波数の１ＭHzは、一例であってダイオード周波数特性によって、異なる周波数で分けるようにしてもよく、また、周波数分割を３分割以上としてもよい。
　本技術の一実施形態によるアンテナ装置を実際に出願人が所有する窓のない実験室で動作させた場合に得られた受信信号の波形を図１１に示す。図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、屋内（室内）において、２５ＭHz～５００ＭHzの周波数範囲の受信信号をスペクトラムアナライザーで測定した結果のスペクトラムである。図１１Ａは、アンテナ装置１を接続しない場合の受信信号スペクトラムであり、例えば１００ＭHz（四角のマークで示す）の受信レベルが（－９１．３７ｄＢｍ）である。ｄＢｍは、電力の１ミリワット（ｍＷ）を基準値とするデシベル（ｄＢ）の値で表した単位であり、電波の強さを表している。図１１Ｂは、アンテナ装置１単体の場合の受信信号スペクトラムであり、１００ＭHz（四角のマークで示す）の受信レベルが（－７９．７７ｄＢｍ，２７．２３ｄＢμＶ）である。図１１Ｃは、アンテナ装置１を手で摘んだ場合の受信信号スペクトラムであり、１００ＭHz（四角のマークで示す）の受信レベルが（－７２．１５ｄＢｍ，３４．８５ｄＢμＶ）である。図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃからアンテナ装置１のアンテナエレメント１１が人体に接触している場合が最も大きな出力信号が得られることが分かる。
　図１２Ａ及び図１２Ｂは、実際に屋外で放送波、携帯電話等の電波を受信実験した結果を示す。本技術の一実施形態によるアンテナ装置を使用して屋外で電波を受信し、スペクトラムアナライザーによって測定した結果である。図１２Ａ及び図１２Ｂは、屋外において、５０ＭHｚ～１ＧHzの周波数範囲の受信信号のスペクトラムである。縦軸が電波の強さ（ｄＢｍ）を表している。図１２Ａは、アンテナ装置１単体の場合の受信信号スペクトラムであり、図１２Ｂは、アンテナエレメント１１を手で摘んだ場合の受信信号スペクトラムである。比較的大きな振幅が得られる周波数は、ＦＭ放送、テレビジョン放送、携帯電話の周波数帯域に対応している。これらの実験結果から屋内及び屋外のいずれにおいてもアンテナ装置１のアンテナエレメント１１が人体に接触することで、受信レベルが大幅に上昇することが分かる。
　さらに、図１３Ａ及び図１３Ｂは、同じアンテナ装置１を電波暗室で測定（ピークゲイン測定）した測定結果を示す。横軸が周波数を表し、縦軸がアンテナ利得（ｄＢｄ）を表している。これらの測定結果は、ＦＭ放送のＶＨＦ帯の測定結果であり、図１３Ａがアンテナ単体の測定結果を示し、図１３Ｂは、アンテナエレメント１１を手に接触させた場合の測定結果を示す。さらに、図１４Ａ及び図１４Ｂは、テレビジョン放送のＵＨＦ帯の測定結果であり、図１４Ａがアンテナ単体の測定結果を示し、図１４Ｂは、アンテナエレメント１１を手に接触させた場合の測定結果を示す。図１３Ａ，図１３Ｂ，図１４Ａ及び図１４Ｂから電波暗室においても、アンテナエレメント１１を人体に接触させることによって、受信ゲインが増加することが分かる。なお、これらの図において、細線が水平偏波の特性を示し、実線が垂直偏波の特性を示す。
　さらに、図１５は、床配線がなされている場合の床構造（所謂ＯＡ（オフィスオートメーション）フロア）を示している。鉄筋コンクリートの土台４４に対して、金属板の支持部４５によって床金属板４６が支持され、床金属板４６の上にフロアカーペット（例えばタイルカーペット）４７が敷かれている。土台４４と床金属板４６の間の形成された空間に電源ケーブル４８が配置されている。電源ケーブル４８は、上下にうねっており、また、蛇行している。このような床構造の上に居る人の体の一部に、上述したアンテナ装置１のアンテナエレメント１１を接触させた時に、アンテナ装置１で受信される電力をオシロスコープで測定した結果、電源周波数の５０Hzで、約３００ｍＶ（ｐ－ｐ値）となった。この実験からも分かるように、アンテナ装置１によって室内の電源ケーブルからの漏れ電界（準静電界）からも、かなりの電力が取り込めることが分かる。
　さらに、送電線の下において送電線からの洩れ電界（準静電界）を受信した電力を測定すると、約２００ｍＶ（ｐ－ｐ値）となった。さらに、人が歩行する場合、電界が発生し、図１６に示すような電圧波形をアンテナ装置１によって得ることができる。図１６の縦軸が電圧（Ｖ）で、横軸が時間（ｍsec）である。この歩行時に発生する電界をアンテナ装置１によって、エネルギーとして取り込むことができる。
　図２の構成を用いて、実際に出願人が所有する窓のない実験室で、実際に人体に接続して、どのくらいの電力を取り込めるかの実験を行った。その結果、実験室内では、１分間で、２Ｖの電力でＬＥＤを点灯させることが可能となるくらいの電力を得ることができた。また、窓側の実験室では、２０秒間で２Ｖの電力を得ることが可能であった。これにより、特許文献１記載の実施例が、１分間で１００μＶであることを考えると部屋内部の実験室においても２万倍の受信電力の改善を実現できたことになる。
　上述した本技術の一実施形態によれば、アンテナエレメントを人体に接触させることによって、空間に発生している準静電界及び電波のエネルギー、並びに歩行時に人体に発生する電界を取り込むことが可能となる。取り込んだエネルギーを整流して二次電池等の蓄電素子に蓄えるようにすれば、人が身に付けて使う電子機器例えば携帯機器の電源（電池）の寿命を延ばすだけでなく、製品によっては、充電が必要となくなる。
　本技術は、人体が導体であり、通常は、靴や靴下などの絶縁物を介して、大地（ＧＮＤ）に対して浮いた状態で存在している。このような状態にある場合に本技術が有効である。但し、日常において、大地から浮いた存在の人体であっても、海やプールのようにはだしで動くときは、大地であるグランドに直接接地されることになる。また、電車の金属で作られた取っ手のようなものを握った場合においても、せっかく貯めた電力が失われる可能性がある。
 そこで、図１７に示すように、電力の充電状態を常に、又は、一定時間間隔で監視し、電力が失われようとした場合において、人体との接続を解除するような構成を採用してもよい。図１７は、例えば人体の片方の手がアンテナエレメント１１と接触している状態で、もう片方の手が接地されている金属部３６に触れた状態を表している。
　アンテナ部１ａと整流回路２の間にスイッチＳＷが接続されている。整流回路２の出力を検出する検出器３５が設けられている。検出器３５の出力によってスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦが制御される。
　図１７は、全波４倍圧整流回路の例であるが、図１８に示すような全波整流回路の構成としてもよい。上述した図８と同様の構成であるが、スイッチＳＷを接続しているので、逆流防止用ダイオード６５を設ける必要はない。図８の素子と対応する素子に対して同一の参照符号を付してその説明は省略する。
　図１９に示すように、ステップＳＴ１において、所定時間経過したかどうか判定され、所定時間経過すると、充電容量が低下したかどうかが判定される（ステップＳＴ２）。充電容量が低下したと判定されると、スイッチＳＷがＯＦＦとされる（ステップＳＴ３）。その後、所定時間が経過するとステップＳＴ４において判定されると、スイッチＳＷがＯＮとされる（ステップＳＴ５）。そして、処理がステップＳＴ１に戻る。このような構成によって充電容量が低下することを防止することができる。ステップＳＴ４の代わりに、充電容量が所定量となったことを検出するようにしてもよい。
　本技術は、アンテナを人体とし、アンテナ装置１のグランド又は、別体の導体で、電界を作る構造とすることによって、受信できる周波数がアンテナ形状によって制約されることがない。また、アンテナ装置１のグランド又は、別体の導体が大地のグランドと容量結合する構造とすることで、電波以外の準静電界における電界エネルギーも取り込めることが可能となった。つまり、電源コードやインバータから漏れる電力やノイズをエネルギーに変換できることを可能とした。このように、人体を導体として扱い、アンテナ装置１のグランドとの間に、人体自身に誘起される電力を取り込むことができる。
　例えば図２０Ａ及び図２０Ｂに示すように、オペレーターの手首（手の甲でもよい）に本技術によるアンテナ装置１（斜線部分）を取り付ける。ノート型パーソナルコンピュータ７１は、キーボード７２を備え、また、キーボード７２の裏側の樹脂製ケース７３内には、回路基板７４及び回路基板７４に取り付けられているプロセッサ、スイッチング電源などの電子部品７５が存在している。電子部品７５は、図２０Ｂにおいて矢印で示すように、空間ノイズ７６を発生する。
　人体（この場合は手首）が樹脂製のキーボード７２を介して、ノート型パーソナルコンピュータ７１の回路基板７４及び回路基板７４に実装されている電子部品７５と空間結合している。したがって、キーボード７２を操作する場合、キーボード７２と人体が接触し、アンテナ装置１には人体を介して回路基板７４および電子部品７５から放出された空間ノイズ７６の成分が受信される。例えばアンテナ装置１が全波整流回路を有し、全波整流回路の後段にコンデンサ（例えば１．２μＦ）を接続した場合、図２１に示すように、２０秒で１．２Ｖまでコンデンサの端子電圧が上昇する。
　次に、実施形態等に係る受信装置の応用例としては、以下のような電子機器（電源装置）が可能である。
　トラッカー、見守り用電子機器、リストバンド型のヘルスケア機器、スマートウオッチ、デジタル腕時計、ワイヤレスヘッドホン、ワイヤレスマウス、補聴器、ゲームのリモートコントローラ、指輪型の入力装置なども考えられる。
　なお、トラッカーとはＧＰＳ(Global Positioning System) で取得した位置情報を電話網などで送信し、インターネットで接続したパソコンやタブレット、スマートフォンでその位置情報を表示閲覧できる端末である。
　図２２は、本技術を環境モニタリングのためのＩｏＴ(Internet of Things)に対する電源に対して適用した応用例を示すブロック図である。照度センサー５１、温度、湿度及び大気圧センサー５２、ＢＬＥ(Blue tooth(登録商標) Low Energy)及びＭＣＵ(Microcontroller unit)５３を有し、これらのブロック（ＩＣ）がＩ２Ｃのバス５４で接続されている。かかるＩｏＴに対する電源として、本技術による電源回路（図７又は図８に示すように、アンテナ部１ａ及び整流回路２からなる構成）が適用される。なお、整流回路２が倍電圧整流回路の場合、逆バイアス時のダイオードの洩れ電流が非常に小さいことが重要である。洩れ電流がある場合には、全波整流回路が適している。ダイオード特性としては、Ｖｆが非常に小さい電圧から、多くの電流を流せるものがよい。かつ高い電圧を得るためには、逆電圧印加基板の洩れ電流が非常に小さいものが望ましい。４倍圧などの回路を使う場合は、この時の洩れ電流が逆方向電圧の５Ｖ印加時で、０．００１μＡ程度のものが必要である。
　ＢＬＥは、Blue tooth(登録商標)の拡張仕様の一つで、極低電力で通信が可能なものである。ＢＬＥ及びＭＣＵ５３によって、照度センサー５１及び温度、湿度及び大気圧センサー５２の検出データを例えばスマートフォンやタブレットなどの携帯端末に対して無線送信することができる。
　整流回路２の出力端子３４ａ及び３４ｂがＤＣ－ＤＣコンバータ５５に対して接続される。ＤＣ－ＤＣコンバータ５５の出力によって二次電池例えばリチウムイオン二次電池５６が充電される。リチウムイオン二次電池５６の出力がＤＣ－ＤＣコンバータ５７及びＬＤＯ(Low Dropout) ５８に対して供給される。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ５７の出力が照度センサー５１、温度、湿度及び大気圧センサー５２、ＢＬＥ及びＭＣＵ５３に対して電源として供給される。また、ＬＤＯ５８の出力がＢＬＥ及びＭＣＵ５３に対して電源として供給される。ＬＤＯは、低い入出力間電位差でも動作するリニアレギュレータであり、低電位差で動作することにより、エネルギーロスも少なく、発熱等を抑えた設計が可能となる。ＢＬＥ及びＭＣＵ５３のＡＤ変換入力に供給され、ＢＬＥ及びＭＣＵ５３によって二次電池５６の出力電圧がモニターされる。
　上記のＢＬＥ等の外部との通信に使われるアンテナは、エナジーハーベストの影響を受けにくい回路基板のグランドを用いないアンテナ構成であるダイポール構造のものが、望ましい。上記の蓄電回路部を応用すると、充電が必要な、機器のバッテリーへの充電も可能となる。
　なお、屋外やプールで、使用される場合においては、防水防滴、紫外線等への耐候性が求められる。図２の構成において、耐水性及び耐光性のある樹脂でアンテナエレメント１１とケース１７又は、ケースが分離される場合（図２Ｃ）のケース１７Ａ、１７Ｂ及び接合部２２の表面をコーティングすることで、アンテナ装置１の耐候性を向上させることも可能である。
　図１５及び図１６を参照して説明したように、人が歩行する場合に誘起される電圧をアンテナ装置１によって得ることができる。図２３に示すように、アンテナ装置１に対して全波整流回路（ダイオード６１～６４及びツェナーダイオード６６，６７からなる）を接続し、全波整流回路の出力電圧を高抵抗（２ＭΩ以上、望ましくは１０ＭΩ）のセンサー例えば電圧計８１によって電圧を測定することができる。また、全波整流回路の出力によって逆流防止ダイオード６５を介して電池８２を充電し、電池８２の出力が電圧計８１の電源として使用される。
　人の脊髄反射により電圧が生じるので、歩行による電圧変動は、その人固有のものとなる（歩紋と言われる）。したがって、電圧計８１の出力を図示しないが、コンピュータなどによって解析し、本人認証を行うことができる。さらに、電圧変動と体調などの情報を学習しておくことによって、アンテナ装置１を装着している人の現在の情報例えば体調を解析することができる。
　アンテナ部１ａ及び整流回路２を含むアンテナ装置の出力をより増大させるための一般的な構成について図２４Ａ及び図２４Ｂを参照して説明する。図２４Ａは、アンテナ装置１０１，１０２及び１０３を直列に接続した構成である。負荷ＲＬに印加される電圧ＶＬは、（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）となる。図２４Ｂは、アンテナ装置１０１，１０２及び１０３を並列に接続した構成である。負荷ＲＬを流れる電流ＩＬは、（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）となる。
　図２５は、アンテナ装置の出力電圧を増大させるための第１の実施例を示す。人体と接触する第１のアンテナエレメント１１が設けられ、アンテナエレメント１１に対して二つの第２のアンテナエレメント２０Ａ及び２０Ｂが設けられる。アンテナエレメント２０Ａ及び２０Ｂは、例えば、別の独立した基板、筐体などである。アンテナエレメント１１及び２０Ａからなるアンテナ部の出力を整流する整流回路２Ａが設けられ、アンテナエレメント１１及び２０Ｂからなるアンテナ部の出力を整流する整流回路２Ｂが設けられる。整流回路２Ａ及び２Ｂが直列接続され、直列接続から出力ラインが導出される。
　図２６は、第１の実施例の回路接続を示す。直列接続される整流回路２Ａ及び２Ｂとして全波整流回路を使用した例である。ツェナーダイオード６６及び６７は、二つの整流回路２Ａ及び２Ｂに対して共通の素子とされる。
　かかる第１の実施例によれば、一つのアンテナ装置によって例えば４Ｖの出力電圧が得られる場合に、８Ｖの出力電圧を得ることができる。２以上の整流回路を直列接続することによってより大きな出力電圧を得ることができる。第１の実施例は、電圧を誘起する電源ノイズ等の周波数が低い場合は、アンテナ間の距離を配慮する必要がないので、このような場合に好適な構成である。
　第２の実施例は、図２７及び図２８に示すように、人体と接触される第１のアンテナエレメントとして独立したアンテナエレメント１１Ａ及び１１Ｂを設けるものである。アンテナエレメント１１Ａ及び１１Ｂは、人体の別々の部位に接触される。
　図２８は、第２の実施例の回路接続を示す。直列接続される整流回路２Ａ及び２Ｂとして全波整流回路を使用した例である。ツェナーダイオード６６及び６７は、二つの整流回路２Ａ及び２Ｂに対して共通の素子とされる。
　アンテナ装置の出力電流を増大させるための第３の実施例を図２９及び図３０に示す。人体と接触する第１のアンテナエレメント１１が設けられ、アンテナエレメント１１に対して二つの第２のアンテナエレメント２０Ａ及び２０Ｂが設けられる。アンテナエレメント２０Ａ及び２０Ｂは、例えば、別の独立した基板、筐体などである。アンテナエレメント１１及び２０Ａからなるアンテナ部の出力を整流する整流回路２Ａが設けられ、アンテナエレメント１１及び２０Ｂからなるアンテナ部の出力を整流する整流回路２Ｂが設けられる。整流回路２Ａ及び２Ｂが並列接続され、並列接続から出力ラインが導出される。
　図３０は、第３の実施例の回路接続を示す。並列接続される整流回路２Ａ及び２Ｂとして全波整流回路を使用した例である。ツェナーダイオード６６及び６７は、二つの整流回路２Ａ及び２Ｂに対して共通の素子とされる。
　第４の実施例は、図３１及び図３２に示すように、人体と接触される第１のアンテナエレメントとして独立したアンテナエレメント１１Ａ及び１１Ｂを設けるものである。アンテナエレメント１１Ａ及び１１Ｂは、人体の別々の部位に接触される。
　図３２は、第４の実施例の回路接続を示す。並列接続される整流回路２Ａ及び２Ｂとして全波整流回路を使用した例である。ツェナーダイオード６６及び６７は、二つの整流回路２Ａ及び２Ｂに対して共通の素子とされる。
　図２９、図３０、図３１、図３２の人体に接触するアンテナエレメント１１、１１Ａ,１１Ｂは、同位相にするために、ダイオード６１a及び６４ａの接続点と、ダイオード６１ｂ及び６４ｂの接続点にそれぞれ接続される。また、全波整流回路の接続位置は同じポイントとなる。
　金属エレメントに接続されるアンテナエレメントは、同位相にするために整流回路の位相が足し合わされる位置に接続される。
　図３３Ａ及び図３３Ｂ、図３４Ａ及び図３４Ｂは、本技術において、アンテナの数を増やす場合の実施例を示す。同じ長さのアンテナを増やす場合は、電圧が多少低下するが、電流を増やしたい場合には、アンテナエレメントの数を増やしてもよい。図３３Ａ及び図３４Ａに示すように、アンテナエレメント２０の根元にアンテナエレメント２００を作成し、接続することによって電流を増やすことができる。電圧を増やし、電流も増やしたい場合は、アンテナエレメントの長さを（アンテナエレメント２０の長さ＜アンテナエレメント２００の長さ）とするようになされる。また、図３３Ｂ及び図３４Ｂに示すように、アンテナエレメント２０を整流回路が搭載されている基板上に作成し、アンテナエレメント２００を例えば基板、筐体、ロッドアンテナ等で別途作成してもよい。
　上述したように1つのアンテナ装置によって、例えば４μＡの出力電流が得られる場合に、並列回路接続することによって、８μＡの出力電流を得ることができる。また、電圧を上昇させたい場合は、例えば、４V出力を８V出力にしたい場合は、直列回路接続を用いることによって可能となる、
　このように、上記直列・並列回路を組み合わせることによって、必要な電力を後段に供給することが可能となる。
　上述した回路構成において、整流後の電圧を平滑化するためにコンデンサ
をツェナーダイオードに並列に接続しても良い。
　以上、本技術の実施形態について具体的に説明したが、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。また、変形の態様は、任意に選択された一又は複数を、適宜に組み合わせることもできる。また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料及び数値などは、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。例えば本技術と自然エネルギーを利用した発電例えば太陽光発電や、熱電変換素子を併用して、エネルギーを蓄えてもよい。
　また、このアンテナ装置を装着している人が自分自身以外の人に触れることで、アンテナ自体の面積が広くなり、受信電力の取り込みも大きくなる。さらに、就寝中又は、それ以外においても、常時、電力を蓄えることが可能となるので、例えばバンドリストのような機器に本受信機を組み込み、直接又は、ケーブルを介して、他の電池等に充電をすることも可能となる。
　１・・・アンテナ装置、２、２ａ、２ｂ・・・整流回路、４・・・蓄電素子、
７・・・ダイプレクサ、１１・・・第１のアンテナエレメント、１２・・・機器基板、
１５・・・給電点、１９，２０・・・第２のアンテナエレメント

Claims (15)

  1. 　空間にある電波又は準静電界の電界エネルギーを受信し、交流信号から直流に整流するための整流回路を具備し、人体が大地であるグランドに接地されていない状態において、人体に接触して用いられる導体である第１のアンテナエレメントと、前記第１のアンテナエレメントとは別の導体で、人体とは接触しないように設けられた第２のアンテナエレメントによって構成されたアンテナ部を有し、
    　前記アンテナ部から出力された交流信号のうち、人体に接触して用いられる第１のアンテナエレメントから整流回路に出力される入力線路が整流回路に直列に接続されているアンテナ装置。
  2. 　前記第１のアンテナエレメントの人体との接触面が、金、銀、アルミ、銅、鉄、ニッケル又は、合金、導電性樹脂、導電性ゴムのいずか１つ又は、組み合わせからなる導体電極で構成された請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 　前記電極が、樹脂コーティングされている請求項２に記載のアンテナ装置。
  4. 　前記電極が、使用される機器の形状に合わせて、ピン、半球状、凸凹、又は、平面状である請求項２に記載のアンテナ装置。
  5. 　前記第２のアンテナエレメントは、銅等の導体であり、受信機の回路基板のグランド、基板上のグランドとは別のパターン、又は、人体と接触しない受信機筐体等の導体で構成された請求項１に記載のアンテナ装置。
  6. 　前記アンテナ部から入力された交流信号を周波数分離する分離回路と、前記分離回路によって分離された交流信号をそれぞれ整流する複数の整流回路とを備えている請求項１に記載のアンテナ装置。
  7. 　前記第２のアンテナエレメントと大地のグランド間が容量結合するようになされた請求項１に記載のアンテナ装置。
  8. 　人体が歩行時に発生する電界を受信する請求項１に記載のアンテナ装置。
  9. 　ケースは、前記接触部以外の人体の接触面が、絶縁材料で構成されている請求項１に記載のアンテナ装置。
  10. 　整流のためのダイオードの順方向電圧時における順方向電流とその電圧が逆方向に印加された時の逆方向電流の比が少なくとも４７００倍以上とされた整流回路を有するアンテナ装置。
  11. 　空間にある電波又は準静電界（近傍界）の電界ネルギーを取り込むために、整流のためのダイオードの逆方向に１０Ｖ印加時の逆方向電流を用いて求めた抵抗値が、１．４ＭΩ以上とされた整流回路を有するアンテナ装置。
  12. 　請求項１１に用いられるダイオードがシリコンで構成されている整流回路。
  13. 　請求項１記載のアンテナ装置において、整流された直流波形の電力を充電するためのキャパシタンスを持ち、そのレベルが一定になると蓄電池に充電するような仕組みを有し、人体が金属等の接地されたものに触れた場合において、状態を監視し、その容量が減ったことを感知して、アンテナエレメント１に設けられたスイッチをオープンにし、蓄えられた電力が減ることを防止した電源装置。
  14. 　定期的に容量を確認し、人体と接続される第１のアンテナエレメンに設けられたスイッチの接続をＯＮ、ＯＦＦする請求項１３に記載の電源装置。
  15. 　空間にある電波又は準静電界（近傍界）の電界エネルギーを受信し、交流信号から直流に整流するための整流回路を具備し、人体が大地であるグランドに接地されていない状態において、人体に接触して用いられる導体である第１のアンテナエレメントと、前記第１のアンテナエレメントとは別の導体で、人体とは接触しないように設けられた第２のアンテナエレメントによって構成されたアンテナ部を有し、
    　前記アンテナ部から出力された交流信号のうち、人体に接触して用いられる第１のアンテナエレメントから前記整流回路に出力される入力線路が前記整流回路に直列に接続されているアンテナ部と、
    　前記整流回路の出力によって充電される蓄電素子と、
    　前記蓄電素子の出力を電源とする通信部と
    　を備えた電子機器。
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